Механизации и автоматизации сварочных процессов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Сибирский государственный  аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнева»

(СибГАУ)

 

 

 

ИНСТИТУТ (ФАКУЛЬТЕТ) Машиноведения  и мехатроники

НАПРАВЛЕНИЕ 150900.68 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»

МАГИСТЕРСКАЯ ПРОГРАММА  «Технология и оборудование сварочного производства»

 

КАФЕДРА Сварка летательных  аппаратов

 

 

 

 

Курсовая работа по

«Механизации  и автоматизации сварочных процессов»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр МТС-01 Морозов С.В.

 

Проверил: Успенский Н.В.

 

 

 

 

 

Красноярск, 2011г.

 

Содержание:

 

 

1. Задачи
2. Введение
3. Механизация и автоматизации процесса сварки, выбор оборудования
4. Выбор режимов сварки
5. Вывод
6. Список литературы

 

1. Задачи:

 

1. Механизировать и автоматизировать процесс сварки ёмкостей цилиндрической формы из нержавеющих сталей диаметром до 600 мм, весом до 100 кг и толщиной до 2 мм (кольцевые и круговые швы).

 

2. Произвести выбор механического и сварочного оборудования с подробным обоснованием выбранного вида сварки и технологии. Учитывая вес сварочного изделия оборудовать сварочный участок грузоподъемным механизмом.

 

3. Произвести выбор параметров (режимов) сварки по литературным источникам. Обосновать выбор применяемых сварочных материалов.

 

2. Введение

 

Идея сварки в защитном газе была предложена в конце XIX в. Н.Н. Бенардосом. Практическое осуществление данного способа сварки приходится на ХХ в. Дуговая сварка в защитном газе основана на оттеснении воздуха из зоны сварки потоком газа. В качестве защитного газа используют инертные газы: аргон и гелий, активные газы: азот, водород, углекислый газ, а также смеси газов.

Практически впервые сварку в смесях газов осуществили в 20-е гг. ХХ в. в США. Первые сообщения о сварке в инертном газе неплавящимся вольфрамовым электродом появились за рубежом в начале 40-х гг. прошлого века. В нашей стране аналогичный способ сварки появился в конце 40-х гг. В 1949 г. в Институте электросварки был разработан способ сварки угольным электродом в углекислом газе.

Сварка в инертном газе плавящимся электродом была разработана  в нашей стране в это же время. В 1952 г. К.В. Любавский и Н.М. Новожилов  получили положительные результаты по сварке в углекислом газе плавящимся электродом.

В настоящее время имеется  много разновидностей сварки в защитных газах, которые получили широкое  распространение в нашей стране и за рубежом.

Интенсивное развитие сварки в защитных газах объясняется  ее преимуществами по сравнению с  дуговой сваркой покрытыми электродами:

• высокая степень концентрации нагрева изделия, позволяющая значительно уменьшить зону термического влияния и коробление изделия после сварки;
• высокая производительность;
• возможность получения высококачественных соединений из металлов и сплавов различных марок и толщин при различной конфигурации швов и различном расположении их в пространстве;
• широкая возможность механизации и автоматизации процесса.

Рассмотрим особенности  реализации этого процесса.

Сварка неплавящимся электродом в инертном газе

Стабильность процесса зависит  от стойкости неплавящегося электрода. Первоначально применяли электроды  из чистого вольфрама, однако их стойкость  сравнительно мала. Поэтому были разработаны  электроды, содержащие определенные добавки  для повышения стойкости: 1,5–2 % окиси  тория, 1–2 % окиси лантана, 1,5–2,3 % окиси  иттрия.

В 60-е гг. прошлого столетия были проведены работы, определившие основные направления увеличения производительности сварки неплавящимися электродами.

В основе их лежат методы, повышающие тепловое и силовое воздействие  дуги на основной металл. Среди наиболее эффективных вариантов решения  этой проблемы можно выделить следующие:

• сжатие дугового промежутка;
• сосредоточение теплового воздействия во времени;
• заглубление дуги в сварочную ванну;
• уменьшение размеров активного пятна на поверхности изделия без изменения мощности дуги.

Практическая реализация этих решений привела не только к  изменению техники данного вида сварки, но и к созданию новых  сварочных материалов, оборудования и способов соединения металлов. Принудительное обжатие столба дуги подающимся под  давлением газом приводит к повышению  концентрации его тепловой энергии.

В результате теплообмена  с дугой газ нагревается, ионизируется и истекает из сопла в виде плазменной струи. Совершенствование этого  процесса привело к разработке нового способа – плазменной сварки и  резки. При сварке тонкостенных конструкций  необходимо иметь возможность регулировать тепловложение в металл для обеспечения качественного соединения. В частности, эту задачу удалось решить путем применения импульсно-дуговой сварки, которая разработана в 1961 г. в нашей стране.

Стабильность процесса и  равномерное формирование шва обеспечиваются специально разработанной системой поддержания горения дуги. Она  заключается в том, что в промежутках  между импульсами рабочей дуги поддерживается дежурная маломощная дуга. Ток дуги пульсирует от минимума во время паузы  до максимума во время импульса. При импульсно-дуговой сварке шов  получается путем расплавления отдельных  точек с заданным перекрытием. За счет регулирования соотношения  между токами импульса и дежурной дуги можно изменять усадочные явления  и улучшить качество формирования шва.

При аргонно-дуговой сварке ряда металлов (титана, ниобия, молибдена, нержавеющих сталей) улучшение технологических  характеристик источника нагрева  достигается за счет применения бескислородных флюсов и паст, содержащих галоидные соли щелочных металлов. Подобные флюсы ограничивают активное пятно, в результате чего увеличивается сосредоточенность теплового потока, повышается эффективность нагрева, снижается погонная энергия и резко уменьшается коэффициент формы шва.

Большое значение в развитии сварки в защитном газе имела разработка способов автоматической сварки неповоротных стыков труб. При сварке вольфрамовым электродом обеспечивается равномерное  проплавление и формирование шва. Наиболее часто автоматическая сварка неповоротных стыков труб применяется при соединении труб диаметром от 8 до 220 мм. Современное оборудование для сварки неповоротных стыков труб (орбитальной сварки) позволяет программировать режим сварки.

При сварке неплавящимся электродом в защитном газе (рисунок 2) в зону дуги, горящей между неплавящимся электродом и изделием через сопло подаётся защитный газ, защищающий неплавящийся электрод и расплавленный основной металл от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов.

  

Рисунок 2. Схема  сварки неплавящимся электродом

Неплавящийся электрод изготавливают  из графита, вольфрама, меди, меди со вставкой из тугоплавкого металла - вольфрама, циркония, гафния.

Защитный газ должен быть инертен к металлу электрода  и к свариваемому металлу. В качестве защитного газа при сварке вольфрамовым электродом применяют аргон, гелий, смесь аргона и гелия; для сварки меди медным электродом или медным электродом со вставкой из гафния (циркония) можно применить азот.

Для рационального расходования дорогостоящих инертных газов (Ar, He) при сварке сталей создают комбинированную защиту (рисунок 3).

  

Рисунок 3. Схема  сварки неплавящимся электродом с комбинированной  защитой

При сварке металла большой  толщины для обеспечения проплавления основного металла и получения  требуемых геометрических параметров сварного шва, сварку ведут по зазору или с разделкой кромок с добавлением  присадочного (чаще всего в виде проволоки) металла (рисунок 4)

Достоинства способа  сварки неплавящимся электродом:

• Высокая устойчивость дуги независимо от рода (полярности) тока;
• Возможно получение металла шва с долей участия основного металла от 0 до 100%;
• Изменяя скорость подачи и угол наклона, профиль, марку присадочной проволоки можно регулировать химический состав металла шва и геометрические параметры сварного шва.

  

Рисунок 4. Схема  сварки неплавящимся электродом с присадкой

Недостатки способа  сварки неплавящимся электродом:

• Низкая эффективность использования электрической энергии (коэффициент полезного действия от 0,40 до 0,55);
• Необходимость в устройствах, обеспечивающих начальное возбуждение дуги;
• Высокая скорость охлаждения сварного соединения.

Области применения способа сварки неплавящимся электродом:

• Сварка тонколистового металла;
• Сварка сталей всех классов, цветного металла и их сплавов;
• Возможно получение качественных сварных соединений при сварке разнородных металлов.

Сварка плавящимся электродом в инертном газе

Сварка плавящимся электродом в инертном газе применяется для  соединения цветных металлов, титановых  сплавов, нержавеющих и жаропрочных  сталей и сплавов.

Применение и совершенствование  этого способа сварки основаны на знании закономерностей металлургических процессов и физики дуги. В частности, была установлена связь между  режимом переноса металла и формой проплавления изделия, роль электродинамических  сил. При изготовлении конструкций  из цветных металлов и нержавеющих  сталей сварка ведется на повышенных режимах по току, обеспечивающих струйный перенос металла. Сварка в этом случае отличается высокой стабильностью  и качеством шва.

Однако сварку плавящимся электродом в инертном газе можно  вести только в нижнем положении. Для выполнения сварки в других пространственных положениях используют импульсно-дуговую  сварку. Разработаны различные ее варианты, позволяющие регулировать продолжительность горения дуги и паузы. Для изменения характеристик  процесса сварки плавящимся электродом в инертном газе разработаны и  применяются различные схемы  его ведения:

• введение в дуговой промежуток веществ, понижающих или повышающих эффективный потенциал ионизации;
• изменение давления и состава газа;
• наложение на электрод, дугу или сварочную ванну магнитных полей разной конфигурации;
• механические колебания электрода вдоль или поперек оси движения.

Все эти меры позволяют  уменьшить разбрызгивание, влиять на процессы кристаллизации, изменять форму  провара, улучшить формирование шва  при выполнении как стыковых, так  и угловых соединений.

Сварка в углекислом газе

При высокой температуре  углекислый газ разлагается на окись  углерода и кислород. В целом такая  среда является окислительной по отношению к большинству компонентов  металлов. Поэтому углекислый газ, защищая  расплавленный металл от взаимодействия с воздухом, не может исключить  окисление его компонентов. Сведение к минимуму влияния окислительных  свойств газовой фазы на состав металла  шва и его формирование является основной задачей, решение которой  позволило осуществить промышленное применение данного способа сварки. Первоначально эта задача решалась путем применения угольного неплавящегося  электрода для сварки низкоуглеродистых  сталей.

Как показали исследования, проведенные в ИЭС им. Е.О. Патона, при сварке низкоуглеродистой стали  на постоянном токе прямой полярности происходит незначительное выгорание  углерода, что обеспечивает близость химического состава и свойств  металла шва к полученному аргонно-дуговой сваркой. Это и ряд других сварочно-технологических характеристик позволили очертить первоначальную область применения этого способа сварки: тонкостенные изделия или трубы малого диаметра.